JP4336711B2

JP4336711B2 - Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP4336711B2
Application number: JP2006337315A
Authority: JP
Inventors: 英行盛山; 泰生大久保; 康之小野寺
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: JP2007071213A

Description

本発明は、エンジンの排気を再循環させて窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装置
に設けられた、再循環用排気ガスを冷却するＥＲＧクーラに関する。

従来よりエンジンの排気ガスの一部をエンジンに再循環して窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装置が知られている。このようなＥＧＲ装置においては、再循環用排気ガスを冷却することにより効果的に窒素酸化物を低減できるため、排気再循環ラインの途中にＥＧＲクーラを設けたものがある。

図１３は従来の第１例のＥＧＲクーラ５０の側面断面図である。図１３において、円筒形に形成されたシェル２の軸方向の両端部にはプレート３，３が固着されている。各プレート３，３には、シェル２の内部に軸方向にほぼ並列して配置され、排気ガスを通す多数のチューブ４の両端部が貫通状態で固着されており、各チューブ４の間は冷却水通路７を形成している。そしてシェル２の一側の、下部の端部近傍には冷却水入口５が取付けられ、シェル２の他側の、上部の端部近傍には冷却水出口６が取付けられている。シェル２の軸方向の端部の、冷却水入口５側には椀状に形成された入口ボンネット１０が、また冷却水出口６側には出口ボンネット１１が、それぞれプレート３，３を覆うように固着されている。入口ボンネット１０の中央部には排気ガス入口１２が設けられ、出口ボンネット１１の中央部には排気ガス出口１３が設けられている。

図１３において、再循環用排気ガスは白矢印の示すように、排気ガス入口１２から入り、排気ガス出口１３に向かって流れ、冷却水は冷却水入口５から入って冷却水通路７を通り、冷却水出口６に向かって矢印のように流れ、その間に排気ガスを冷却する。しかしながらこの構成においては、シェル２内の冷却水入口５に対向するＤ部に冷却水のよどみができ、冷却効率を低下させるという問題がある。この問題を解決する方法として特許文献１に開示されたものがある。

図１４は従来の第２例の、特許文献１に開示されたＥＧＲクーラ６０の側面断面図である。図１３に示した第１例と同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。図１４において、シェル２の、冷却水入口５の直径方向に対峙する位置にバイパス出口６１を設ける。冷却水は冷却水入口５から入って冷却水通路７を通
り、冷却水出口６から排出されると共に、一部はバイパス出口６１から排出され、その間に排気ガスを冷却する。その際、冷却水の一部はバイパス出口６１から排出されるため、この部分の冷却水のよどみが無くなり、ＥＧＲクーラ６０の冷却効率を向上するようになっている。

特開２００１−７４３８０号公報

しかしながら、上記構成においては、以下のような問題点が有る。第１例においては、図１３に示すＤ部に冷却水のよどみができるばかりでなく、冷却水中に発生したエアーや水蒸気が溜まり、その部分のシェルやチューブ等が過熱して損傷する恐れがある。第２例においては、冷却水の一部をバイパス出口からバイパスさせるため余分な水量が必要になる。そのため冷却水用水ポンプの容量を大きくする必要があり、水ポンプを大型にするため、場積が大きくなると共に駆動馬力も大きくなるという問題がある。第２例においては、バイパス出口から水とともにエアーまたは／および水蒸気も排出される。しかしながら、バイパス出口をシェルの直径方向の垂直線上に設けているため、ＥＧＲクーラが左右方向に傾いた場合、ＥＧＲクーラの上部に、冷却水中に発生したエアーまたは／および水蒸気が溜まり、シェルやチューブ等が過熱、損傷する恐れがある。

本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、ＥＧＲクーラが過熱して損傷する恐れがなく、冷却水用水ポンプの容量が小さく、水ポンプを小型に、かつ駆動馬力を少なくできる、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置を提供することを目的としている。

本発明は、ＥＧＲクーラにおいて、前記ＥＧＲクーラの上部には、正面断面視した場合の左右に離間した箇所にガス抜き回路を設け、前記ガス抜き回路が設けられている部位の断面を円形状とし、前記ガス抜き回路を、垂直中心に対して左右にそれぞれ２２．５°の角度をなす位置に設けた構成としている。

本発明によると、ＥＧＲクーラが左右方向に傾いた場合、シェル部の上部に多量のエアーまたは／および水蒸気を滞留させることなく、確実に排出することができる。したがって、ＥＧＲクーラが過熱して損傷する恐れはない。

また、以上において、ガス抜き回路にガス放出手段を設けてもよく、こうすることでＥＧＲクーラが傾いた場合、ガス放出手段により冷却水中のエアーまたは／および水蒸気を排出し、冷却水の流出を止めることができる。そのため、エアーまたは／および水蒸気が溜まってＥＧＲクーラが過熱し、損傷する恐れはない。また、冷却水がバイパスすることは無いため、冷却水用水ポンプの容量を大きくする必要は無く、したがって水ポンプは小型になり、消費馬力も少なくて良く、装置がコンパクトになると共にコストを安くできる。

以下に本発明に係るＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の実施形態について、図面を参照して詳述する。なお、以下の第１〜第４、第７実施形態は、本発明を理解するうえで参考となる実施形態であり、本発明としては、後述する第５、第６実施形態に示してある。

図１は第１実施形態の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の概略構成図である。図１３で説明した従来のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図１において、ＥＧＲクーラ１のシェル２の、冷却水入口５の直径方向にほぼ対向する上部の、冷却水通路７側にガス抜き回路２０を設ける。このガス抜き回路２０に、冷却水中のエアーや水蒸気を排出し、冷却水の流出を止めるガス放出手段３０を介装する。ガス抜き回路２０は図示しない水タンク等に接続される。

図２は、ガス放出手段３０の第１実施形態であるジグル弁３１の概略構成を示す断面図である。
図２において、シェル２に固着されたガス抜き回路２０の途中に穴３３を有する弁座３２を設ける。バルブ３４を、下部のバルブ本体３５と、上部の吊り部材３８と、バルブ本体３５と吊り部材３８とを結合する柱状の連結部３７とで構成する。バルブ本体３５の上面にはシート部３６が設けられ、吊り部材３８には、図２、及び図３に示すように、連通部３９が設けられている。吊り部材３８は、図２の（ａ）に示すような連結部３７よりも幅の狭いバー状のものでもよいし、図２の（ｂ）に示すように連結部３７の上部を円板状とし、孔を複数開けて連通部３９を設けたものでも良い。連結部３７の直径は穴３３の直径より小さい。連結部３７は穴３３に挿入され、エアーや水蒸気の雰囲気内では図の実線に示すように、吊り部材３８はバルブ３４の重みで弁座３２の上面に当接し、弁座３２の下面とシート部３６との間には隙間が存在する。すなわち、シェル２の内部とガス抜き回路２０とは、前述の弁座３２の下面とシート部３６との間の隙間と吊り部材３８の連通部３９を介して、矢印のように連通している。バルブ本体３５がある程度水中に没すると２点鎖線に示すようにバルブ３４が上昇し、シート部３６は弁座３２の下面に当接し、穴３３は閉鎖され、シェル２の内部とガス抜き回路２０との通路は閉じられる。

次に作動について図１、図２を参照して説明する。
図１において、再循環用排気ガスは白矢印の示す方向に流れ、冷却水は冷却水入口５から冷却水出口６に向けて流れて排気ガスを冷却する。このとき、冷却水中に発生したエアーや水蒸気は排気温度の高い、シェル２の排気ガス入口１２側の上部に溜まり易い。溜まったエアーや水蒸気は前述のように、図２に示すガス放出手段３０であるジグル弁３１を通ってガス抜き回路２０に排出される。エアーや水蒸気が排出され、シェル２の上部に水が充満すると２点鎖線に示すように、バルブ本体３５は押し上げられ、シート部３６は弁座３２の下面に当接して通路を閉じ、水の流出を防止する。

本発明の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置は上記のような構成としたため、冷却水中のエアーや水蒸気をシェル外に排出し、冷却水は排出しない。したがって、エアーや水蒸気の溜まりができることは無く、ＥＧＲクーラが過熱して損傷する恐れはない。また、冷却水がバイパスすることが無いため、冷却水用水ポンプ容量が小さくてすみ、水ポンプは小型になり、消費馬力も少なくて良く、装置がコンパクトになると共にコストを安くできる。

図４は、ガス放出手段３０の第２実施形態であるボール弁４０の概略構成を示す断面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ矢視図である。
図４において、シェル２の上部に設けられたボス４１には、ガス抜き回路２０の継手２１がボルト４２により締着されている。ボルト４２の下部には、上部にシート部４３を有する穴４４が設けられ、孔４４の先端部は穴４８によりガス抜き回路２０に連通している。穴４４にはボール４５が隙間を持って挿入され、その下部には、図５にも示すように、スリット４７を有するストッパ４６が嵌入されている。ボール４５はシート部４３とストッパ４６との間で移動可能となっている。ボール４５はエアーや水蒸気の雰囲気内では図の実線に示すように、ストッパ４６に当接しており、ボール４５とシート部４３との間には隙間が存在する。そのためシェル２の内部とガス抜き回路２０とは矢印のように連通している。ボール４５がある程度水中に没すると２点鎖線に示すようにボール４５が上昇してシート部４３に当接するとシェル２の内部とガス抜き回路２０との通路は閉鎖される。作用は第１実施形態のものと同一なので説明は省略する。

図６は第２実施形態の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の概略構成図であり、図７は図６のＣ−Ｃ矢視図である。第１実施形態のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図６、図７において、ＥＧＲクーラ１ａの円筒形の、シェル２の冷却水入口５にほぼ対向する上部に山形の突起部２２を形成し、その最上部にガス抜き回路２０が設けられている。図７に示すように、突起部２２の山の斜面はシェル２の外径に接している。そのため図７の２点鎖線に示すように、ＥＧＲクーラ１ａが左右方向に角度α傾いてもエアーや水蒸気がシェル２の上部に溜まることはない。また、前後方向に傾いた場合、排気ガス入口１２側が高い場合にはエアーや水蒸気は突起部２２内に溜まり、ガス放出手段３０から排気ガス回路２０に排出される。排気ガス出口１３側が高い場合にはエアーや水蒸気は冷却水と共に冷却水出口６から排出される。したがって、エンジンが前後左右いずれの方向に傾いてもエアーや水蒸気がシェル２内に溜まることはない。したがって、本ＥＧＲクーラ１ａを備えたエンジンを搭載した建設機械等が傾斜地で作業するような場合でも、ＥＧＲクーラ１ａがエアーや水蒸気の滞留による過熱で損傷する恐れは無い。また、冷却水がバイパスすることはないため、水ポンプは小型になり、消費馬力も少なくて良く、装置がコンパクトになると共にコストを安くできる。

図８は第３実施形態の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す側面図である。
図８において、ＥＧＲクーラ１ｂのシェル２の上部に、冷却水出口６とガス抜き回路２０とを連通する突起部２３が設けられている。突起部２３の断面形状は、図７に示した第２実施形態のものと同様である。これによりシェル２の上部には広い空隙部２４が形成される。そのため、エアーや水蒸気はこの空隙部２４に溜まり、チューブ４等は冷却水中にある。したがって、チューブ４等が過熱することはなく、損傷の恐れはない。その他の効果は第２実施形態ものと同一である。

図９は第４実施形態の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。
図９において、ＥＧＲクーラ１ｃの４角断面形状のシェル２ａ内には、排気ガスを通す矩形断面状のエレメント８が、並列に、隙間を持って配置され、隙間は冷却水通路７を形成している。シェル２ａの上部には第２実施形態のものと同様の突起部２２が設けられ、その最頂部には、ガス放出手段３０を介装したガス抜き回路２０が設けられている。作用、効果は第２実施形態のものと同一なので説明は省略する。なお、シェル２ａの上部に第３実施形態のものと同様な、ガス抜き回路２０と冷却水出口６とを連通する突起部２３を設けても良い。

図１０は第５実施形態の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。
図１０において、ＥＧＲクーラ１ｄの円筒形のシェル２の上部には、垂直中心線Ｘ−Ｘに対して左右にそれぞれ角度βをなす位置に一対のガス抜き回路２０，２０を設けている。そのため殆どのエアーや水蒸気は冷却水とともにガス抜き回路２０，２０から排出される。例えば図１０はβ＝２２．５°であるが、図に明らかなように、シェル２の上部に溜まるエアーや水蒸気の量は僅少であり、実用上差し支えない。したがって、ＥＧＲクーラ１を左右に２β、すなわち４５°傾斜させてもシェル２の上部にはエアーや水蒸気は殆ど溜まることはない。したがって、ＥＧＲクーラ１ｄが過熱して損傷する恐れは無い。

図１１は第６実施形態の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。第５実施形態のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図１１において、ＥＧＲクーラ１ｅのシェル２の上部に設けられた一対のガス抜き回路２０，２０には、それぞれガス放出手段３０，３０が介装されている。したがって、ＥＧＲクーラ１ｅを左右方向に傾斜させた場合においても、エアーや水蒸気のみが排出され、冷却水は排出されない。したがって、シェル２の上部にエアーや水蒸気を殆ど滞留させないとともに、冷却水がバイパスすることが無いため、ＥＧＲクーラ１ｅが過熱して損傷する恐れはなく、水ポンプ容量が小さくてすみ、水ポンプは小型になり、消費馬力も少なくて良く、装置がコンパクトになると共にコストを安くできる。

図１２は第７実施形態の、ＥＧＲクーラの冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。図９に示した第４実施形態のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図１２において、ＥＧＲクーラ１ｆの、４角形の断面の、シェル２ａの上面の左右両端部近傍に、一対のガス抜き回路２０，２０を設ける。これによりＥＧＲクーラ１ｅを左右に傾斜させてもシェル２ａの上部にエアーや水蒸気が溜まることは無く、第５実施形態のものと同一の効果が得られる。なお、上記一対のガス抜き回路２０，２０に、それぞれガス放出手段３０，３０を介装しても良い。この場合の効果は第６実施形態のものと同一である。

第５、第６、第７実施形態のものにおいては、それぞれガス抜き回路２０を２個設けているが、２個を超える個数のガス抜き回路２０を設けても良い。

本発明のＥＧＲクーラの参考となる第１実施形態の冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す側面一部断面図である。第１実施形態のガス放出手段の構成を示す概略断面図である。図２のＡ−Ａ矢視図である。第２実施形態のガス放出手段の構成を示す概略断面図である。図４のＢ−Ｂ矢視図である。本発明のＥＧＲクーラの、第２実施形態の冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す側面一部断面図である。図６のＣ−Ｃ矢視図である。本発明のＥＧＲクーラの、第３実施形態の冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す側面図である。本発明のＥＧＲクーラの、第４実施形態の冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。本発明のＥＧＲクーラの、第５実施形態の冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。本発明のＥＧＲクーラの、第６実施形態の冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。本発明のＥＧＲクーラの、第７実施形態の冷却水中のガス抜き装置の概略構成を示す正面断面図である。従来の第１例のＥＧＲクーラの側面断面図である。従来の第２例のＥＧＲクーラの側面断面図である。

符号の説明

１…ＥＧＲクーラ、２，２ａ…シェル、５…冷却水入口、６…冷却水出口、７…冷却水通路、８…エレメント、１２…排気ガス入口、１３…排気ガス出口、２０…ガス抜き回路、２１…継手、２２，２３…突起部、２４…空隙部、３０…ガス放出手段、３１…ジグル弁、４０…ボール弁。

Claims

ＥＧＲクーラにおいて、
前記ＥＧＲクーラ(1d,1e)の上部には、正面断面視した場合の左右に離間した箇所にガス抜き回路(20)を設け、
前記ガス抜き回路(20)が設けられている部位の断面を円形状とし、
前記ガス抜き回路(20)を、垂直中心に対して左右にそれぞれ２２．５°の角度をなす位置に設けた
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。